تاثیر نقص‌های نقطه‌ای بر خواص الکترونیکی و مغناطیسی تک‌لایه تنگستن دی‌سولفید مبتنی بر نظریه تابعی چگالی

پژوهش حاضر به مطالعه تاثیر نقص‌های نقطه‌ای در ساختار تنگستن دی‌سولفید تک‌لایه با به‌کارگیری اصول اولیه می‌پردازد. این بررسی بر روی شش نقص تهی‌جای و به‌منظور بررسی تاثیرات آن‌ها بر خواص الکترونیکی و مغناطیسی ws2 تک‌لایه انجام گرفته است. ساختاری که بررسی می‌گردد ابرسلولی با 36 اتم است و موقعیت‌های اتمی نیز بهینه شدند. محاسبات نظریه تابعی چگالی در این مطالعه در چارچوب تقریب چگالی موضعی انجام شد. آنالیز ساختاری این ماده نشان می‌دهد تک‌لایه تنگستن دی‌سولفید دارای شکاف نوار مستقیم و برابر با 1.89 الکترون- ولت می‌باشد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند بسته به نوع نقص‌های ایجاد شده در ساختار و موقعیت مکانی آن‌ها، رفتار ساختار می‌تواند از نیمه‌هادی به فلز و غیرمغناطیسی به مغناطیسی تغییر کند؛ برای مثال، حذف اتم تنگستن منجر به فلزی شدن ماده و مغناطیسی شدن ساختار می‌شود. همچنین، انرژی شکاف نوار ws2 تک‌لایه در غیاب اتم گوگرد کاهش می‌یابد. علاوه بر این، گذاری از نیمه‌هادی مستقیم به غیرمستقیم و کاهش انرژی شکاف نوار نسبت به ساختار بدون نقص دیده می‌شود. این موارد بیانگر این موضوع است که وجود نقص در نانوساختارهای نیمه‌هادی راهی را برای کاربرد این گونه نانوساختارها در الکترونیک تنظیم‌پذیر، الکترونیک نوری و اسپینترونیک هموار می‌سازد.

the influence of point defects on the electronic and magnetic properties of ws2 monolayer based on density functional theory

the present study investigates the effect of point defects in the structure of monolithic tungsten disulfide (ws2) using basic principles. this study was performed on six vacancies to investigate their effects on the electronic and magnetic properties of ws2 monolayer. the structure under study was a supercell with 36 atoms and the atomic positions were optimized. in the present study, density functional theory calculations were performed within the framework of local density approximation. structural analysis of this material showed that the ws2 monolayer had a direct band gap of 1.89 ev. the simulation results illustrated that depending on the type of defects in the structure and their position, the behavior of the structure can change from semiconductor to quasi-metal and non-magnetic to magnetic. for instance, the removal of one tungsten atom leads to the metallization and magnetization of the structure. moreover, the bandgap energy of the ws2 monolayer decreased in the absence of one sulfur atom.  in addition, there was a transition from direct to indirect semiconductors and a reduction in the energy of the band gap in comparison with its pristine. these cases indicate that the presence of defects in semiconductor nanostructures paves the way for the application of such nanostructures in tunable electronics, optical electronics, and spintronics.